(57)【要約】【課題】動脈を模したファントムを作成した場合、ファントム内に構成した動脈を模したチューブ構造の弾性体の位置が、Ｂモード断層像からは正確に把握することができないという課題があり、特に長軸断面を計測する場合、顕著となる。【解決手段】チューブ構造を有した第一の弾性体と、前記第一の弾性体の周囲に位置する第二の弾性体と、平面を実質的に決めるガイドとを有し、前記ガイドから実質的に決められる前記平面と、前記第一の弾性体における測定対象面とが実質的に一致する構造とし、Ｂモード断層画像に映し出される前記ガイドから、前記ファントム内の前記チューブ構造を有した第一の弾性体に入射する超音波ビームの角度を視覚的に容易に把握することを可能にする。【選択図】図２
2006166956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ構造を有する第一の弾性体と、前記第一の弾性体を内包する第二の弾性体と、前記第二の弾性体は前記第一の弾性体と複数個のガイドとを有し、前記第一の弾性体と前記ガイドとから求められる前記平面と、前記第一の弾性体における測定対象面とが一致することを特徴とする超音波診断装置用ファントム。
【請求項２】
前記ガイドは、前記第二の弾性体と異なる音響インピーダンスを有する物質で構成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項３】
前記ガイドは、複数の線状の構造物によって構成されていることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項４】
前記ガイドは、少なくとも一つの点状の構造物と、少なくとも一つの線状の構造物とにより構成されていることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項５】
前記ガイドは、少なくとも三つの点状の構造物によって構成されていることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項６】
前記ガイドは、少なくとも一つの平面板で構成されていることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項７】
前記ガイドは、超音波診断装置のプローブが接する領域を決定する構造体と、前記第二の弾性体と異なる音響インピーダンスを有する物質で構成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項８】
前記構造体は、前記プローブの形状に実質的に合致するよう、前記第二の弾性体表面に設けられた凹面とした構造であることを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項９】
前記構造体は、前記プローブを固定できる機能を有し、前記第二の弾性体表面に設けられた治具であることを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項１０】
前記第二の弾性体と異なる音響インピーダンスを有する物質は、線状の構造物によって構成されていることを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項１１】
前記第二の弾性体と異なる音響インピーダンスを有する物質は、少なくとも二つの点状の構造物によって構成されていることを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項１２】
前記第二の弾性体と異なる音響インピーダンスを有する物質は、少なくとも一つの平面板で構成されていることを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項１３】
前記チューブ構造を有する第一の弾性体の、内腔の圧力を制御し、壁の厚みおよび径を可変にすることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項１４】
前記チューブ構造を有する第一の弾性体の内腔の圧力を計測する圧力センサを備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用ファントム。
【請求項１５】
前記チューブ構造を有する第一の弾性体の内腔の圧力を計測した圧力値を表示する圧力モニタを備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置用ファントム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて生体内の動脈壁組織の運動速度あるいは移動変位を検出し、動脈壁組織の厚み変化あるいは弾性率を算出する超音波診断装置用のファントムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置の断層像計測の空間分解能あるいは超音波の透過度合などの性能を確認するための生体を模擬したファントムとして、特許文献１および特許文献２のように主に生体組織内の超音波の伝搬速度あるいは音響インピーダンスなどの音響特性を考慮した試料を用いる手法、さらには、特許文献３のように超音波伝搬時の減衰特性も考慮し、試料に散乱体を混入させる手法が知られている。
【０００３】
また、超音波診断装置の血流速度計測の性能を確認するための生体を模擬したファントムとして、特許文献４のようにファントムを構成要素として、流体が流れる管路を設けたものが知られている。
【０００４】
さらに、特許文献５のように生体内の超音波の伝搬特性だけでなく、力学的な特性を考慮し、異なる弾性率および形状の要素から構成されるファントムが考案されている。
【０００５】
生体内の動脈壁は動脈硬化症の疾患に伴い、粥腫の発生、石灰化等により組織性状が変化するため、動脈壁の組織の性状を分別・同定することは非常に重要となっており、超音波による計測・診断も多く行われている。
【０００６】
動脈壁の組織性状を診断する場合、Ｂモードと呼ばれる超音波エコー強度を輝度変調し画像化した断層像を解析する手法、心臓の拍動に伴う動脈の径変化あるいは動脈壁の歪量から弾性特性を求める手法などが考案されている。
【０００７】
特に、動脈壁の歪量から弾性特性を求める手法は、動脈を構成する膠原線維、脂肪、石灰化などの組織によって、弾性特性が変化することから、動脈硬化診断に非常に有用である。
【特許文献１】特公昭６１−５５３８０号公報
【特許文献２】特公昭６３−４００９７号公報
【特許文献３】特開平１１−２６２４８８号公報
【特許文献４】特開２００３−１８０６９１号公報
【特許文献５】特開平８−１０２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超音波を用いて動脈壁の歪量から弾性特性を求める場合には、動脈壁の歪量を精度良く計測する必要があり、動脈壁の歪を計測することが可能な超音波診断装置の性能を評価する場合、歪量計測の精度評価が重要となる。
【０００９】
また、動脈を模したファントムを作成した場合、ファントム内に構成した動脈を模したチューブ構造の弾性体の位置が、Ｂモード断層像からは正確に把握することができないという課題があり、特に長軸断面を計測する場合、顕著となる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、チューブ構造を有した第一の弾性体と、前記第一の弾性体の周囲に位置する第二の弾性体と、平面を実質的に決めるガイドとを有し、前記ガイドから実質的に決められる前記平面と、前記第一の弾性体における測定対象面とが実質的に一致することにより、Ｂモード断層画像に映し出される前記ガイドから、前記ファントム内の生体組織内の動脈を模擬したチューブ構造の弾性体に入射する超音波ビームの角度を視覚的に容易に把握することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の超音波診断装置用ファントムは、チューブ構造を有する第一の弾性体と、前記第一の弾性体を内包する第二の弾性体と、前記第二の弾性体は前記第一の弾性体と複数個のガイドとを有し、前記第一の弾性体と前記ガイドとから求められる前記平面と、前記第一の弾性体における測定対象面とが一致する構造である。
【００１２】
また、超音波診断装置のプローブが接する領域を前記プローブの形状に実質的に合致する凹面と、前記第二の弾性体と異なる音響インピーダンスを有する物質で構成したものである。
【００１３】
これらのいずれの構成により、Ｂモード断層画像に映し出される前記ガイドから、前記ファントム内のチューブ構造を有した第一の弾性体に入射する超音波ビームの角度を視覚的に容易に把握することが可能となる。
【００１４】
また、前記チューブ構造を有した第一の弾性体は、内腔の圧力を制御する構成としたものである。
【００１５】
さらに、前記チューブ構造を有した第一の弾性体は、内腔の圧力を計測する圧力センサを備えた構成とし、さらに、前記チューブ構造を有した第一の弾性体の内腔の圧力を計測した圧力値を表示する圧力モニタを備えた構成としたものである。
【００１６】
これらの構成により、前記チューブ構造を有した第一の弾性体の内腔の圧力を制御し、内腔および壁の歪を発生させることが可能となり、また、前記内腔の圧力にばらつきが発生した場合においても、圧力値を監視することにより、発生した内腔の変化および歪に関して、前記圧力値に基づき弾性率を常に安定して求めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、チューブ構造を有した第一の弾性体と、前記第一の弾性体の周囲に位置する第二の弾性体と、前記第一の弾性体は少なくとも３点を決めるガイドを有し、前記ガイドから実質的に決められる前記平面と、前記第一の弾性体における測定対象面とが実質的に一致する構造とし、Ｂモード断層画像に映し出される前記ガイドから、前記ファントム内の前記チューブ構造を有した第一の弾性体に入射する超音波ビームの角度を視覚的に容易に把握することを目的とするものであり、さらに前記チューブ構造を有した第一の弾性体の内腔の圧力を制御し、内腔および壁の歪を発生させることが可能となり、また、前記内腔の圧力にばらつきが発生した場合においても、圧力値を監視することにより、発生した内腔の変化および歪を関して、前記圧力値に基づき弾性率を常に安定して求めることが可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。なお、図２〜図４は長軸断面と短軸断面の２面から得られる断面図を示す。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図1は、超音波診断装置を用いた動脈壁の歪量の計測を示した模式図である。
【００２０】
動脈は動脈外壁と動脈前壁とからなり、心臓の拍動に伴う動脈内腔の血圧変化によって、動脈の径変化および動脈壁の歪が発生する。
【００２１】
前記血圧変化量に対する動脈の径変化量および動脈壁の歪量は、動脈壁組織の弾性によって変化するために、動脈硬化症診断の一指標として利用されている。
【００２２】
前記血圧変化量に対する動脈の径変化量および動脈壁の歪量は、それぞれ数百ミクロン、数十ミクロンと微小であるため、高精度な測定点の移動量計測が重要となる。
【００２３】
図１に示す超音波ビームを走査することにより、空間的に動脈壁の歪みを計測する。超音波プローブ１は複数個の超音波振動子（図示せず）を有し、時間差で超音波ビームを制御している。超音波ビームは一本あるいは複数本送信されている。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態の超音波診断装置用ファントムの構成を示した一実施例である。
【００２５】
超音波プローブ１、模擬外部組織２、模擬血管３、基準ワイヤ４から構成される。
【００２６】
模擬血管３は、チューブ構造を有した第一の弾性体で構成され、模擬外部組織２は、前記第一の弾性体の周囲に位置する第二の弾性体で構成される。
【００２７】
前記模擬外部組織２および模擬血管３は、それぞれヒト動脈周辺の外部生体組織および動脈を模擬するものであり、それぞれ動脈周辺の外部生体組織および動脈における、超音波の伝搬速度および減衰特性に代表される伝搬特性と、力学的な弾性特性の双方とも模擬することが可能な基材を用いる必要があり、代表例として、寒天、天然ゴム、シリコーンゴム、ポリウレタンゴムを用いた基材が用いられている。
【００２８】
前記模擬血管３の内腔には血液を模擬した液体を充填し、さらに内圧を変化させることにより、前記模擬血管３の内径変化および壁の歪を発生することが可能である。
【００２９】
なお、内圧の変化は、静圧ポンプ、拍動流ポンプなどを用いることにより、容易に実施することが可能である。
【００３０】
また、本実施例では模擬血管３に充填するものに液体を用いたが、例えば、ｋＨｚ帯の周波数帯域の超音波は気体中でも透過が可能であるので、このような場合には、液体に限らず気体を用いても良い。
【００３１】
さらに、本発明の実施の形態の超音波診断装置用ファントムは、チューブ構造を有した第一の弾性体と、前記第一の弾性体の周囲に位置する第二の弾性体と、平面を実質的に決めるガイドとを有し、前記ガイドから実質的に決められる前記平面と、前記第一の弾性体における測定対象面とが実質的に一致する構造とし、Ｂモード断層画像に映し出される前記ガイドから、前記ファントム内の前記チューブ構造を有した第一の弾性体に入射する超音波ビームの角度を視覚的に容易に把握することを可能にしたものである。
【００３２】
図２の一実施例に示すように、前記ガイドとして、前記模擬血管３の中心軸上に基準となるワイヤ４を配置することにより、超音波プローブから照射される超音波ビームが前記基準ワイヤ４を通過していれば、超音波断層画像上に前記基準ワイヤ４が写し出され、容易に超音波断層画像から、超音波ビームが模擬血管３に正しく照射されているか確認することが可能となる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
本発明の実施の形態の超音波診断装置用ファントムは、前記超音波診断装置用ファントムの表面において、前記ガイドとして、超音波診断装置のプローブが接する領域を前記プローブの形状に実質的に合致する凹面としたものである。
【００３４】
図２の一実施例に示すように、前記超音波診断装置用ファントムの模擬外部組織２の表面に、超音波プローブ１の形状に実質的に合致した凹面部を設定した構造に、前記凹面部に設置した超音波プローブ１から照射される超音波ビームが前記基準ワイヤ４を通過し、超音波断層画像上に写し出されること。
【００３５】
このことから、容易に超音波断層画像から、超音波ビームが模擬血管３に正しく照射されているか確認することが可能となる。
【００３６】
（第３の実施の形態）
また、本発明の実施の形態の超音波診断装置用ファントムは、前記ガイドを線状の構造物にしたものである。
【００３７】
図２の一実施例に示すように、基準ワイヤ４を前記模擬血管３の中心軸上に２本平行に配置する構造とすることにより、超音波プローブ１から照射される超音波ビームが前記模擬血管３の中心軸よりわずかにずれた場合、あるいは、前記模擬血管３の長軸方向に対して、超音波プローブ１の表面が斜めに設置された場合においても、超音波断層画像上に写し出される前記平行に配置した基準ワイヤ４の平行度が変化する。
【００３８】
したがって、超音波プローブ１が適切に前記ファントム表面に設置されている状態を超音波断層画像上から容易に把握することが可能となる。
【００３９】
（第４の実施の形態）
図３は超音波診断装置用ファントムの構成を示した他の実施の形態の断面図である。
【００４０】
前記第３の実施の形態に示した前記ガイドを、図３の一実施例に示すように、基準ワイヤ４を前記生体組織内の動脈を模擬したチューブ構造の第一の弾性体の中心軸を挟んで、平行に位置する構造にすることにより、超音波プローブ１から照射される超音波ビームが前記模擬血管３の中心軸よりわずかにずれた場合、あるいは、前記模擬血管３の長軸方向に対して、超音波プローブ１の表面が斜めに設置された場合においても、超音波断層画像上に前記基準ワイヤ４が写し出される。
【００４１】
以上のことから、超音波プローブ１が適切に前記ファントム表面に設置されている状態を超音波断層画像上から容易に把握することが可能となる。
【００４２】
（第５の実施の形態）
また、前記第３の実施の形態および第４の実施の形態に示した前記ガイドは、図４に示すように、前記模擬血管３の中心軸上に基準となる平面板５を配置することによっても、超音波プローブ１から照射される超音波ビームが前記基準板５を通過していれば、超音波断層画像上に基準板５が写し出され、容易に超音波断層画像から、超音波ビームが模擬血管３に正しく照射されているか確認することが可能となる。
【００４３】
なお、第２の実施の形態、第３の実施の形態および第４の実施の形態で示した前記ガイドは、平面を実質的に決めることができる構造である、一つの点状のガイドと一つの線上のガイド、あるいは三つの点状のガイドなどでも良い。
【００４４】
さらに、前記ガイドは、二つの平面板で構成する構造とし、超音波断層画像上に基準板５が写し出されないことにより、容易に超音波断層画像から、超音波ビームが模擬血管３に正しく照射されているか確認するようにしても良い。
【００４５】
（第６の実施の形態）
本発明の実施の形態の超音波診断装置用ファントムは、模擬血管３の、内腔の圧力を制御し、壁の厚みおよび径を可変にすることが可能である。つまり、人体の血圧変化（最高・最低血圧）を静圧ポンプにより、擬似的に作製するものである。
【００４６】
図５は、本実施の形態の断面図を示す。静圧ポンプ６を用いて、模擬血管３の内腔の圧力を制御する。
【００４７】
静圧ポンプ６により、ヒトの最低血圧および最高血圧を模擬するように模擬血管３の内腔の圧力を制御することにより、模擬血管３の壁の厚みおよび径の変化を発生させることが可能であり、ヒトの心臓の拍動に伴う動脈の動きを模擬することが可能となる。圧力モニタ８は最高、最低血圧を模擬的に測定する。
【００４８】
なお、本実施の形態では静圧ポンプ６を用いた例を示したが、拍動流ポンプあるいは人工心臓を用いて、模擬血管３の内腔の拍動的な圧力の変化および拍動的に流体を流すことにより、よりヒトの動脈の動きに近い制御を行っても良い。
【００４９】
また、本発明の実施の形態の超音波診断装置用ファントムは、前記模擬血管３の内腔の圧力を計測する圧力センサ７を備えた構造としたものであり、前記第６の実施の形態に示したように、模擬血管３の内腔の圧力を制御することにより発生した前記模擬血管３の壁の歪量および径の変化量から、弾性率を求める際に必要となる圧力変化量を計測することが可能である。
【００５０】
さらに、本発明の実施の形態の超音波診断装置用ファントムは、前記模擬血管３の内腔の圧力を計測した圧力値を表示する圧力モニタ８を備えた構造としたものであり、前記模擬血管３の内腔の圧力を監視するとともに模擬血管３の内腔の圧力を制御することにより発生した前記模擬血管３の壁の歪量および径の変化量から、弾性率を求める際に必要となる圧力変化量を把握することが可能となる。
【００５１】
なお、本実施の形態では図５に示すように圧力モニタ８は独立して模擬血管３の内腔の圧力値を視認できる構成となっているが、前記圧力値を校正する超音波診断装置に通信線を介して送信することにより、前記超音波診断装置において、超音波で計測された前記模擬血管３の径変化量および壁の歪量とともに弾性率も求められる構成にしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、チューブ構造を有した第一の弾性体と、前記第一の弾性体の周囲に位置する第二の弾性体と、平面を実質的に決めるガイドとを有し、前記ガイドから実質的に決められる前記平面と、前記第一の弾性体における測定対象面とが実質的に一致する構造とし、Ｂモード断層画像に映し出される前記ガイドから、前記ファントム内の前記チューブ構造を有した第一の弾性体に入射する超音波ビームの角度を視覚的に容易に把握することを目的とするものであり、さらに前記チューブ構造を有した第一の弾性体の内腔の圧力を制御し、内腔および壁の歪を発生させることが可能となり、また、前記内腔の圧力にばらつきが発生した場合においても、圧力値を監視することにより、発生した内腔の変化および歪を関して、前記圧力値に基づき弾性率を常に安定して求めることが可能とするものであり、生体内の動脈の径変化量および壁の歪量を超音波計測し、さらに生体の血圧変化量から動脈壁の弾性率を求めることが可能な超音波診断装置の計測精度を評価する校正用ファントムなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における動脈壁の歪量の計測を示した模式図
【図２】本発明の第１、第２および第３の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの構成を示した断面図
【図３】本発明の第４の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの構成を示した断面図
【図４】本発明の第５の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの構成を示した断面図
【図５】本発明の第６、第７および第８の実施の形態における超音波診断装置用ファントムの構成を示した断面図
【符号の説明】
【００５４】
１    超音波プローブ
２    模擬外部組織
３    模擬血管
４    基準ワイヤ
５    基準板
６    静圧ポンプ
７    圧力センサ
８    圧力モニタ
【図１】
2006166956.tif 000003
【図２】
2006166956.tif 000004
【図３】
2006166956.tif 000005
【図４】
2006166956.tif 000006
【図５】
2006166956.tif 000007